砌体7王秀芬--学生.ppt

7 砌体结构抗震设计,砌体结构抗震性能较差 1、刚度大、自重大，地震作用也大； 2、砌体材料质脆, 抗剪、抗拉、抗弯强度低,地震作用下极易出现裂缝 3、受施工质量的影响较大；如砂浆不饱满，易出现裂缝，减弱抗震性能。 防倒塌是结构抗震设计的重要问题 砌体结构不进行罕遇地震下的抗震变形验算 通过概念设计解决 总体布置、构造要求、抗震构造措施。,7 砌体结构抗震设计,一般只需验算房屋在横向和纵向水平地震作用下，横墙和纵墙在其自身平面内的抗震承载力。 竖向地震力可以不考虑。 对地震的扭转作用，在多层砌体房屋中可不进行计算，仅在进行建筑平、立面布置及结构布置时尽量做到质量、刚度均匀，以减少地震的扭转作用的影响。,7.1 结构布置,1 房屋的总高度和层数 多层砖房的抗震能力，除与横墙间矩、砖和砂浆的强度等级、结构的整体性和施工质量有关外，还与房屋的总高度和层数有直接关系。 砖墙是脆性材料，延性差，变形能力小；房屋太高时，地震时的变形大，破坏严重。 上面的层数多，重量大，破碎和错位的砖房就有可能被压垮。 震害调查表明，房屋的破坏程度随层数的增加而加重，倒塌率与房屋的层数成正比。 因此，要限制房屋的总高度和层数。,7.1 结构布置,1 房屋的总高度和层数 对医院、教学楼等横墙较少的多层混合结构房屋，总高度应比表中的规定降低3m，层数相应减少一层；,7.1 结构布置,1 房屋的总高度和层数 各层横墙较少的房屋，还应根据具体情况再适当降低总高度和减少层数。 横墙较少系指同一楼层内开间大于4.20m的房间占该层总面积的40%以上。 多层混合结构房屋的层高不应超过3.6m。,7.1 结构布置,2 房屋高宽比限值 砖房的整体弯曲破坏与地震烈度、房屋的高宽比以及横墙的开洞率有关。 烈度高、房屋的高宽比大时，在水平地震倾覆力矩作用下墙体水平截面产生的弯曲应力超过砖砌体的抗拉强度，导致底层外纵墙出现水平裂缝。 横墙上的门窗洞口愈大，横墙被洞口分割成的墙肢的局部弯曲就愈显著，弯曲应力则愈容易超过砖砌体的抗拉强度。 因此应对房屋的高宽比有一定限值。,7.1 结构布置,2 房屋高宽比限值 对于单面走廊房屋，由于与外廊砖柱或外墙相联系的楼板的数项抗弯刚度较差，不能使外墙有效地参与房屋的整体抗弯。因此计算这类房屋的高宽比时不包括走廊宽度。,7.1 结构布置,3 抗震横墙的间距限值 房屋的空间刚度对房屋的抗震性能影响很大。墙体的布置是影响房屋的空间刚度的主要因素。 多层砌体结构房屋的横向地震力主要由横墙承担，横墙数量多，间距小，房屋的空间刚度就大，抗震性能就好。 不仅横墙应通过抗震验算保证足够的承载能力，而且楼盖必须具有能将地震力传递给横墙的水平刚度。所以横墙的间距还取决于楼、屋盖的水平刚度。 对抗震横墙最大间距的构造规定，就是为了满足楼盖对传递水平地震力的刚度要求。,7.1 结构布置,3 抗震横墙的间距限值 横墙间距过大时，纵向砖墙会因为过大的层间变形而产生出平面的弯曲破坏。这样，楼盖就失去传递水平地震力到横墙的能力，结果是水平地震力还未传到横墙，纵墙就已先破坏，所以应该加以防止。,7.1 结构布置,4 房屋的局部尺寸限值 墙体是多层混合结构房屋最基本的承重构件和抗侧力构件。 地震时，房屋的破坏首先从薄弱环节开始，这些薄弱环节主要是窗间墙、尽端墙段、突出屋顶的女儿墙和烟囱等。 设计时，应保证房屋的各道墙体能同时发挥它们的最大抗剪强度，并避免由于个别墙段抗震强度不足首先破坏，进而造成整栋房屋的破坏甚至倒塌。,7.1 结构布置,4 房屋的局部尺寸限值(m) 根据震害宏观调查而提出的房屋局部尺寸限值。如果采用增设构造柱等措施，则局部尺寸可适当放宽。,7.1 结构布置,5 结构体系要合理 应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系； 纵横墙的布置宜对称，沿水平面内宜对齐，沿竖向应上下连续；同一轴线上的窗间墙宜均匀； 楼梯间的位置不宜设在房屋的尽端和转角处。 烟道、风道、垃圾道等不应削弱墙，当墙体被削弱时，应对墙体采取加强措施，不宜采用无竖向配筋的附墙烟囱及出墙面的烟囱。 不宜采用无锚固的钢筋混凝土预制挑檐。,7.2 变形缝,1 沉降缝 设置沉降缝是消除由于过大不均匀沉降对房屋造成危害的有效措施。 沉降缝将建筑物从屋顶到基础全部断开，分成若干长高比小、整体刚度好的单元，保证各单元能独立沉降，而不致引起开裂。 下列部位宜设沉降缝。 1）建筑平面的转折部位； 2）建筑物高度和荷载差异处（包括局部地下室边缘）； 3）过长建筑物的适当部位； 4）地基土的压缩性有显著差异处； 5）建筑物基础或结构类型不同处； 6）分期建造的房屋的交界处。,7.2 变形缝,1 沉降缝 为防止沉降缝两侧地基应力集中较严重，沉降量较大而造成上部结构可能产生向沉降缝靠拢的倾向，应使沉降缝有足够的宽度。 一般软土地基上的沉降缝宽度可按下表。,7.2 变形缝,2伸缩缝 使每个单元砌体因收缩和温度变形而产生的拉应力小于砌体的抗拉强度，从而防止和减少墙体竖向裂缝的产生。 应设置在因温度和收缩变形可能引起应力集中、砌体产生裂缝可能性最大的部位。温度伸缩缝的间距可通过计算确定，也可按表采用。,7.2 变形缝,2伸缩缝 伸缩缝的最大间距（m）,7.2 变形缝,2 伸缩缝 注意以下几点： 1）当有实践经验并采取有效措施时，可不遵守表的规定； 2）在钢筋混凝土屋面上挂瓦的屋盖应按钢筋混凝土屋盖采用； 3）墙体伸缩缝，一般不能防止由于钢筋混凝土屋盖的温度变形和砌体干缩变形引起的局部裂缝； 4）层高大于5m的单层房屋，其伸缩缝间距可按表中数值乘以1.3； 5）温差较大且变化频繁地区和严寒地区不采暖的房屋及构筑物墙体的伸缩缝的最大间距，应按表中数值予以适当减小；,7.2 变形缝,3防震缝 在地震区，房屋平面和立面比较复杂时，可用防震缝将整个房屋自上而下分开，自成体系，把复杂体型变为若干个规整、简单的体型组合，以免地震时因房屋各部分发生不同的振动而引起破坏。 防震缝应沿房屋全高设置，其两侧应设置墙体，基础可不设防震缝。 房屋有下列情况之一时宜设防震缝，缝宽应根据房屋高度、场地类别及抗震设防烈度确定，一般可采用50100mm。 （1）房屋立面高差在6m以上； （2）房屋有错层，且楼板高差比较大； （3）各部分刚度、质量截然不同。,7.3 水平地震作用的计算,计算特点 对多层砌体房屋的高度、高宽比及横墙间距等均有一定的规定与限制； 房屋高度较低，整体刚度大； 在水平地震作用下，多层砌体房屋的侧移以剪切变形为主，整体弯曲变形所占的比例很小，可以忽略不计。 计算原则 应沿房屋的两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向的抗侧力构件承担。,7.3 水平地震作用的计算,计算简图 在计算多层砌体房屋的地震作用时，应以防震缝所划分的结构单元为计算单元。 结构布置满足对房屋高度、高宽比及横墙间距等的规定时，可以认为各层楼、屋盖水平刚度无限大，在水平地震作用下，仅作平动而不转动。 假定各楼层的重量集中在该层楼、屋盖标高处，各层重量包括楼、屋盖上的重力荷载代表值、墙体上下各半层的重力荷载。,7.3 水平地震作用的计算,总水平地震作用标准值 多层砌体房屋中墙体的数量多、抗侧移刚度大，因而其横向和纵向的基本周期都较短，一般不超过0.25s。 抗震规范第5.2.1条中规定，对于多层砌体房屋、底部框架-抗震墙房屋和多层内框架房屋，确定水平地震作用时，取1=max。,7.3 水平地震作用的计算,楼层处水平地震作用标准值,楼层地震剪力,7.3 水平地震作用的计算,突出屋顶部分楼层处水平地震作用标准值,楼层地震剪力,7.4 楼层水平地震剪力的分配,楼层水平地震剪力Vi主要由与Vi方向一致的各抗震墙体承担，但由于楼盖刚度不同，横向、纵向楼层水平地震剪力在横向、纵向各抗震墙体之间的分配原则是不同的。 横向分配，取决于墙体的抗侧移刚度，及楼、屋盖的整体水平刚度。 纵向分配，按刚性。,7.4 .1横向水平地震剪力的分配,横向楼层水平地震剪力在同一楼层横向各抗震墙体之间的分配，不仅取决于各抗震墙体的抗侧移刚度，而且取决于楼、屋盖的整体水平刚度。 楼、屋盖的整体水平刚度与楼板的结构类型、楼盖的长宽比有关。 1刚性楼盖 2柔性楼盖 3中等刚度楼盖,7.4 .1横向水平地震剪力的分配,刚性楼盖 指现浇或装配整体式钢筋混凝土楼盖，这类楼板结构的整体型好、水平刚度大。 可将刚性楼盖视为绝对刚性的水平连续梁，将各抗震墙看作是该梁的弹性支座。 即各抗震墙所承受的地震剪力按各墙体的抗侧力等效刚度比例进行分配。,7.4 .1横向水平地震剪力的分配,刚性楼盖,7.4 .1横向水平地震剪力的分配,柔性楼盖 柔性楼盖是指木结构楼盖或楼面开洞率很大的钢筋混凝土楼盖等。 这类楼板结构的水平刚度小。在横向水平地震剪力作用下，在各支承（各横墙）处，楼盖的变形不连续。 可以近似地假定楼盖为分段支承于各片横墙的多跨简支连梁，各片墙可以独立变形。 各横墙所承担的地震剪力按该墙从属面积（墙两侧相邻横墙之间一半面积）上的重力荷载比例进行分配。,Gjm 第j层第m道横墙从属面积上重力荷载代表值； Gj第j层结构总重力荷载代表值。,7.4 .1横向水平地震剪力的分配,柔性楼盖,7.4 .1横向水平地震剪力的分配,柔性楼盖 当楼层单位面积上的重力荷载代表值相等时，可简化为按各墙片所承担的地震作用的面积比进行分配：,Ajm 第j层第m道横墙所应分配地震作用的建筑面积； Aj第j层的建筑面积。,7.4 .1横向水平地震剪力的分配,中等刚度楼盖 装配式钢筋混凝土楼盖属于中等刚度楼盖。其整体性不如刚性楼盖，其刚度介于刚性与柔性楼盖之间。 抗震规范建议，对于中等刚度楼盖，第i层第m片横墙所承担的地震剪力Vim可取刚性楼盖和柔性楼盖两种计算结果的平均值。,各层采用不同类型的楼盖时，应按不同类型的楼盖分别计算,7.4 .2纵向水平地震剪力的分配,一般房屋的纵向尺寸比横向大很多，楼盖的纵向变形很小，可认为在其自身平面内无变形。 因此，无论何种楼盖类型，其纵向水平刚度都很大，均可视作刚性楼盖。 即纵向楼层水平地震剪力可按纵墙的刚度比例进行分配。 纵向尺寸与横向尺寸接近时，则可采用与横向相同的方法分配纵向楼层水平地震剪力。,7.4.3墙体侧移刚度,无洞口墙体,1h/b4时,7.4.3墙体侧移刚度,无洞口墙体,h/b 1时,h/b 4时,7.4.3墙体侧移刚度,有规则洞口墙体,对于水平实心墙带,对于窗间墙,7.4.3墙体侧移刚度,有不规则洞口墙体,7.4.4多洞口墙体各墙段间地震剪力的分配,第m道墙第r墙段所分配的地震剪力,7.5 墙体抗震承载力验算,墙体（墙段）在水平地震作用引起的剪应力和竖向荷载引起的正压应力0共同作用下，将在砖砌体阶梯形截面上产生主拉应力，当主拉应力超过砖砌体的主拉应力强度时，墙体（墙段）上将出现斜裂缝 原则 可选择承担地震作用较大或竖向压力较小或局部截面较小的墙段进行截面抗震验算。,7.5 墙体抗震承载力验算,砌体沿阶梯形截面破坏的抗震抗剪强度设计值,fvE砌体沿阶梯形截面破坏的抗震抗剪强度设计值； fv非抗震设计的砌体的抗剪强度设计值； N砌体强度的正应力影响系数。,7.5 墙体抗震承载力验算,粘土砖、多孔砖墙体的截面抗震承载力验算,V墙体（墙段）剪力设计值； A墙体（墙段）的横截面面积，一般取1/2高处净截面面积； RE承载力抗震调整系数。,7.5 墙体抗震承载力验算,粘土砖、多孔砖墙体的截面抗震承载力验算 计入设置与墙段中部、截面不小于240mm240mm且间距不大于4m的构造柱对承载力的提高作用，按下列简化方法验算,Ac中部构造柱的横截面总面积（对于横墙和内纵墙Ac0.15A时，取0.15A；对于外纵墙， Ac0.25A时，取0.25A； ft中部构造柱的混凝土轴心抗拉强度设计值； As中部构造柱的纵向钢筋截面总面积 fy钢筋抗拉强度设计值； 中部构造柱参与工作系数,居中设一根时取0.5,多于一根0.4; c墙体约束修正系数；一般取1.0，构造柱间距不大于2.8m时取1.1。,7.5 墙体抗震承载力验算,水平配筋粘土砖、多孔砖墙体的截面抗震承载力验算,V墙体（墙段）剪力设计值； A墙体（墙段）的横截面面积，多孔砖取毛截面面积； As层间墙体竖向截面钢筋总截面面积； fy钢筋抗拉强度设计值； s钢筋参与系数。,7.5 墙体抗震承载力验算,混凝土小砌块墙体的截面抗震承载力验算,V墙体（墙段）剪力设计值； A墙体（墙段）的横截面面积； Ac芯柱截面总面积； fc 芯柱混凝土轴心抗压强度设计值； As层间墙体竖向截面钢筋总截面面积； fy钢筋抗拉强度设计值； c芯柱影响系数。,芯柱根数与孔洞总数之比。,7.6 抗震构造措施,1设置钢筋混凝土构造柱 在多层砖房的墙体中，纵横墙连接处和楼梯间墙角等部位设置钢筋混凝土构造柱，并与各层圈梁拉结，可以加强墙体抗弯、抗剪的能力，使墙体在破坏过程中具有一定的延性。 构造柱可提高墙体的抗剪能力1030%，其提高的幅度与墙体高宽比、竖向压力和开洞情况有关。 在墙体开裂后，构造柱阻止墙体的滑移、错位并减缓墙体的酥碎现象发生。 多次强震震害调查表明，设置构造柱是一种有效的抗倒塌措施。凡设有钢筋混凝